CN104708726B - 一种实时监测刀具温度及磨损度的划片机及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，划片机包括X轴、Y轴、Z轴、主轴变频电机及其机架、第一冷却装置、第二冷却装置、红外线测温装置、第一、第二激光扫描成像检测装置；所述X轴上设有第一行走电机，Y轴上设有第二行走电机，Z轴上设有第三行走电机；所述主轴变频电机前端依次固设有第一冷却装置和刀片；所述主轴变频电机的机架与X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机连接；所述主轴变频电机的机架上翻转连接设有U型固定架，该U型固定架一端通过校准行走机构和校准马达设有第二冷却装置、第二激光扫描成像检测装置、红外线测温装置和激光水平校准装置。本发明的刀片使用寿命更长，切割效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体材料或玻璃、压电陶瓷、蓝宝石等材料的加工机械领域，具体说是一种实时监测刀具温度及磨损度的划片机及控制方法。
背景技术
划片机的工作机理是强力切削，就是主轴带动高速旋转的刀片对被加工器件进行划切。在划片机的划切过程中刀片与被加工器件会产生大量的热，使刀片与被加工器件温度升高，过高的温度会严重影响划切质量，并大大缩短刀片的使用寿命，为了刀片与被加工器件的温度，在划切过程中需要向刀片和被加工器件喷射冷却介质以对其进行冷却。划片机是一种以高速旋转的砂轮磨削为主要原理的精密加工设备，其工作时的加工精度受设备自身的精度和工艺参数影响外，一个重要的因素就是刀具的磨损以及破损程度。如果刀具的磨损或者破损程度超过极限值，划切效果以及精度都会受到很大影响，甚至对设备或者加工对象都造成损坏。
现有的划片机上的刀具冷却装置仅能对刀片的轴向一侧喷射冷却介质，冷却效果不够理想；一种实时监控刀具温度及磨损度的划片机及控制方法尚未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题，目的是提供一种结构简单、冷却效果更好的实时监控刀具温度及磨损度的划片机及控制方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：
一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，划片机包括X轴、Y轴、Z轴、主轴变频电机及其机架、第一冷却装置、第二冷却装置、红外线测温装置、第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置；
所述X轴上设有第一行走电机，Y轴上设有第二行走电机，Z轴上设有第三行走电机；
所述主轴变频电机前端依次固设有第一冷却装置和刀片；
所述主轴变频电机的机架与X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机连接；
所述主轴变频电机的机架上翻转连接设有U型固定架，该U型固定架的凹陷部设置有第一激光扫描成像检测装置和激光垂直校准装置；
该U型固定架一端通过校准行走机构和校准马达设有第二冷却装置、红外线测温装置、第二激光扫描成像检测装置和激光水平校准装置。
本发明的优点是：
本发明划片机的刀具冷却装置可以对刀片的两侧分别喷射冷却介质，冷却效率更高，冷却效果更好。
本发明划片机的具有刀片温度检测装置，实时监测刀片的温度，进而执行强冷控制，冷却效果得到了大大提高，刀片的使用寿命更长
本发明刀具表面磨损检测结构，实时监测刀具的磨损度，进而控制刀具的使用寿命，技术提醒更换刀片，以保证切割效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的第二激光扫描成像检测装置结构示意图。
图3为本发明的第一冷却装置结构示意图。
图4为本发明的第二冷却装置结构示意图。
图5为本发明的控制主机流程图。
图6为本发明的磨损补偿流程图。
具体实施方式
结合说明书附图对本发明进一步详细说明。
如图1-6所示，一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，划片机包括X轴1、Y轴2、Z轴3、主轴变频电机5及其机架4、第一冷却装置6、第二冷却装置9、红外线测温装置16、第一激光扫描成像检测装置13、第二激光扫描成像检测装置12；
所述X轴1上设有第一行走电机，Y轴2上设有第二行走电机，Z轴3上设有第三行走电机；
所述主轴变频电机5前端转动轴8依次固设有第一冷却装置6和刀片7；
所述主轴变频电机5的机架4与X轴1、Y轴2、Z轴3上的第一、第二、第三行走电机连接；
所述主轴变频电机5的机架4上翻转连接设有U型固定架15，该U型固定架15的凹部设置有第一激光扫描成像检测装置13和激光垂直校准装置14；
该U型固定架15一端通过校准行走机构11和校准马达设有第二冷却装置9、红外线测温装置16、第二激光扫描成像检测装置12和激光水平校准装置10。
所述主轴变频电机5与控制主机17连接；X轴1、Y轴2、Z轴3上的第一、第二、第三行走电机与控制主机17连接；第一冷却装置6和第二冷却装置9与控制主机17连接；红外线测温装置16和第一激光扫描成像检测装置13、第二激光扫描成像检测装置12与控制主机17连接；激光水平校准装置10及校准马达与控制主机17连接。
所述第一冷却装置6为环盘喷洒结构，该环盘喷洒结构的直径小于刀片7直径，通过高压水管将冷水喷射到刀片7后背面上。
所述第二冷却装置9为圆盘喷洒结构，该圆盘喷洒结构的直径为刀片7直径的一半，通过高压水管将冷媒喷射到刀片7前表面上。
所述红外线测温装置16布置在第二激光扫描成像检测装置12上，检测刀片7表面的温度，将检测到的温度信息传递给控制主机17。
所述激光水平校准装置10设置在第二冷却装置9中心轴上；
所述第二激光扫描成像检测装置12设置在第二冷却装置9的上部，第二激光扫描成像检测装置12扇状扫描刀片7磨损信息，并将该磨损信息传递给控制主机17。
一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机控制方法，
包括如下步骤：
1)开机启动，控制主机进行自检，确保各个装置正常；
2)控制主机通过水平校准保证第二激光扫描成像检测装置准确扫描到刀片的边缘扇图像；控制主机通过垂直校准装置保证第一激光扫描成像检测装置扫描到刀片的纵向中心位置；
3)控制主机在激光水平校准装置校准后，开始启动主轴变频电机，同时启动第一冷却装置，并通过红外线测温装置实时检测刀片的温度；
4)控制主机根据工件加工需要，通过控制X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机实现刀片的准确对位，对工件进行加工；
5)控制主机通过第一激光扫描成像检测装置对刀片横向磨损度进行扫描获得刀片的厚度数据信息；通过第二激光扫描成像检测装置对刀片纵向磨损度进行扫描获得刀片的宽度数据信息。
在步骤2)中控制主机采集激光水平校准装置的校准信号，该校准信号为与主轴变频电机的轴心水平，通过校准信号的反馈，控制主机通过校准马达驱动校准行走机构进行水平校准；垂直校准采用偏心马达实现；当刀片磨损后，将控制主机中存储的模型信息，与第一、第二激光扫描成像检测装置的图像信息进行比对，若达到报警阈值则控制主机发出报警信号，进行报警提示。
当控制主机发出报警后，开始输出控制信号至主轴变频电机降低转速；同时，根据第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置的磨损信息计算出相应的磨损度，进而通过控制主机驱动X轴、Y轴上的行走电机，进行刀片磨损度的补偿，保证被加工工件的精度。
在步骤3)中控制主机通过红外线测温装置实时检测刀片的温度，当超过预定的温度时，启动第二冷却装置参与迅速降温，第二冷却装置内输出冰水(或者是低温冷媒)。
本发明控制系统由工业计算机和轴卡组成，可靠性高。X轴采用伺服电机驱动，调速范围宽，运行平稳。Y轴采用直线导轨，滚珠丝杠和光栅反馈闭环控制，无误差积累，定位准确。Z轴采用直线导轨和滚珠丝杠传动方式，定位准确。第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置带有自清洗功能，由连续变倍显微镜和高清CCD组成，清晰直观。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：划片机包括X轴、Y轴、Z轴、主轴变频电机及其机架、第一冷却装置、第二冷却装置、红外线测温装置、第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置；
所述X轴上设有第一行走电机，Y轴上设有第二行走电机，Z轴上设有第三行走电机；
所述主轴变频电机前端依次固设有第一冷却装置和刀片；
所述主轴变频电机的机架与X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机连接；
所述主轴变频电机的机架上翻转连接设有U型固定架，该U型固定架的凹陷部设置有第一激光扫描成像检测装置和激光垂直校准装置；
该U型固定架一端通过校准行走机构和校准马达设有第二冷却装置、红外线测温装置、第二激光扫描成像检测装置和激光水平校准装置。
2.根据权利要求1所述的能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：
所述主轴变频电机与控制主机连接；X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机与控制主机连接；第一冷却装置和第二冷却装置与控制主机连接；红外线测温装置和第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置与控制主机连接；激光水平校准装置及校准马达与控制主机连接。
3.根据权利要求1所述的能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：
所述第一冷却装置为环盘喷洒结构，该环盘喷洒结构的直径小于刀片直径，通过高压水管将冷水喷射到刀片后背面上。
4.根据权利要求1所述的能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：
所述第二冷却装置为圆盘喷洒结构，该圆盘喷洒结构的直径为刀片直径的一半，通过高压水管将冷媒喷射到刀片前表面上。
5.根据权利要求1所述的能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：
所述红外线测温装置布置在第二激光扫描成像检测装置上，检测刀片表面的温度，将检测到的温度信息传递给控制主机。
6.根据权利要求1所述的能实时监控刀片温度和磨损度的划片机，其特征在于：
所述激光水平校准装置设置在第二冷却装置中心轴上；
所述第二激光扫描成像检测装置设置在第二冷却装置的上部，第二激光扫描成像检测装置扇状扫描刀片磨损信息，并将该磨损信息传递给控制主机。
7.一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机控制方法，其特征在于：
包括如下步骤：
1)开机启动，控制主机进行自检，确保各个装置正常；
2)控制主机通过水平校准保证第二激光扫描成像检测装置准确扫描到刀片的边缘图象；控制主机通过垂直校准保证第一激光扫描成像检测装置扫描到刀片的纵向中心位置；
3)控制主机在激光水平校准装置校准后，开始启动主轴变频电机，同时启动第一冷却装置，并通过红外线测温装置实时检测刀片的温度；
4)控制主机根据工件加工需要，通过控制X轴、Y轴、Z轴上的第一、第二、第三行走电机实现刀片的准确对位；
5)控制主机通过第一激光扫描成像检测装置对刀片横向磨损度进行扫描获得刀片的厚度数据信息；通过第二激光扫描成像检测装置对刀片纵向磨损度进行扫描获得刀片的宽度数据信息。
8.根据权利要求7所述的一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机控制方法，其特征在于：
在步骤2)中控制主机采集激光水平校准装置的校准信号，该校准信号为与主轴变频电机的轴心水平，通过校准信号的反馈，控制主机通过校准马达驱动校准行走机构进行水平校准；垂直校准采用偏心马达实现；当刀片磨损后，将控制主机中存储的模型信息，与第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置的图像信息进行比对，若达到报警阈值则控制主机发出报警信号，进行提示。
9.根据权利要求8所述的一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机控制方法，其特征在于：
当控制主机发出报警后，开始输出信号至主轴变频电机降低转速；同时，根据第一激光扫描成像检测装置、第二激光扫描成像检测装置的磨损信息计算出相应的磨损度，进而通过控制主机驱动X轴、Y轴上的行走电机，进行刀片磨损的补偿，保证被加工工件的精度。
10.根据权利要求7所述的一种能实时监控刀片温度和磨损度的划片机控制方法，其特征在于：
在步骤3)中控制主机通过红外线测温装置实时检测刀片的温度，当超过预定的温度时，启动第二冷却装置参与迅速降温，第二冷却装置内输出冰水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160824 Termination date: 20180402 |